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1　背景介紹

中國(guó)目前已是世界第二大經(jīng)濟(jì)體和制造業(yè)大國(guó)，但自主創(chuàng)新能力薄弱、先進(jìn)裝備貿(mào)易逆差嚴(yán)重、高端裝備與智能裝備嚴(yán)重依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約我國(guó)制造產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。國(guó)務(wù)院下發(fā)《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，將高端裝備制造業(yè)納入其中，全面開展智能制造技術(shù)研究將是發(fā)展高端裝備制造業(yè)的核心內(nèi)容和促進(jìn)我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的必然。電力裝備被列入《中國(guó)制造2025》十大支持領(lǐng)域，輸配電裝備制造業(yè)作為電力裝備的核心，是為國(guó)家電力建設(shè)提供關(guān)鍵技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。

輸變電裝備產(chǎn)品系列示意圖如圖1所示。

圖1 輸變電裝備產(chǎn)品系列示意圖

2　輸配電裝備行業(yè)現(xiàn)狀

輸配電裝備是智能電網(wǎng)建設(shè)中不可或缺的一部分，是保障用電設(shè)備和輸電線路的正常工作的核心關(guān)鍵設(shè)備。圍繞輸配電裝備行業(yè)存在的企業(yè)眾多、技術(shù)雷同、產(chǎn)品低端、重復(fù)投資、低水平建設(shè)、多數(shù)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈不完整、產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)同性不夠、帶動(dòng)性不強(qiáng)等共性問(wèn)題。圍繞研發(fā)設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、工藝、采購(gòu)、制造和試驗(yàn)等產(chǎn)品全生命周期的主要過(guò)程，建設(shè)以“集成化、精益化、數(shù)字化、互聯(lián)化、智能化”為特征的中低壓輸配電裝備智能化工廠，提升其制造過(guò)程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，縮短新產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量與能源利用率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

3　輸配電智能化工廠

輸配電裝備智能化工廠建設(shè)項(xiàng)目遵照“頂層設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)、精益為基、系統(tǒng)實(shí)施、集成應(yīng)用”的指導(dǎo)方針，統(tǒng)籌推進(jìn)智能制造體系建設(shè)和系統(tǒng)應(yīng)用。

3.1　頂層設(shè)計(jì)

頂層設(shè)計(jì)構(gòu)建起自底向上涵蓋數(shù)字化設(shè)備層、互聯(lián)化監(jiān)測(cè)層、精益化生產(chǎn)執(zhí)行層、集成化運(yùn)營(yíng)管理層和智能化決策支持層的智能工廠架構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自底向上的無(wú)縫對(duì)接和實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)公司戰(zhàn)略、管理、執(zhí)行的“自上而下與自下而上”的雙向無(wú)縫集成體系。其智能制造的總體功能框架如圖2所示。

圖2 中低壓輸配電裝備智能化工廠體系架構(gòu)圖

根據(jù)企業(yè)及行業(yè)特征，借助信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)打造以“管理信息化、研發(fā)及工藝設(shè)計(jì)數(shù)字化、生產(chǎn)制造管控精益化、設(shè)計(jì)協(xié)同及營(yíng)銷采供網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)營(yíng)和決策分析智能化”為特征的中低壓輸配電智能化工廠。

3.2　標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)

智能制造，標(biāo)準(zhǔn)先行，標(biāo)準(zhǔn)化工作是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

智能工廠標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)定智能工廠設(shè)計(jì)、制造和教輔等建設(shè)過(guò)程和工廠內(nèi)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、物流及其系統(tǒng)集成等業(yè)務(wù)活動(dòng)，針對(duì)流程、工具、系統(tǒng)、接口等應(yīng)滿足要求，確保智能工廠建設(shè)過(guò)程規(guī)范化、系統(tǒng)集成規(guī)范化、產(chǎn)品制造過(guò)程智能化，指導(dǎo)系統(tǒng)與業(yè)務(wù)的優(yōu)化。為輸變電裝備行業(yè)內(nèi)智能化示范工廠的建設(shè)及應(yīng)用推廣提供標(biāo)準(zhǔn)指引。電力裝備制造業(yè)智能化工廠標(biāo)準(zhǔn)體系圖如圖3所示。

圖3 電力裝備制造業(yè)智能化工廠標(biāo)準(zhǔn)體系圖

3.3　精益為基

將全面推行精益管理作為智能制造的重要基礎(chǔ)，通過(guò)推進(jìn)以“精益生產(chǎn)”為核心的精益管理體系，推動(dòng)管理思維、管理模式、管理體系的深度變革；通過(guò)在虛擬環(huán)境中對(duì)車間布局、倉(cāng)儲(chǔ)物流及生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行虛擬仿真，指導(dǎo)物理環(huán)境下的車間布局、物流倉(cāng)儲(chǔ)和生產(chǎn)裝配過(guò)程等的持續(xù)優(yōu)化，減少生產(chǎn)過(guò)程與管理上的各種浪費(fèi)，在精益工廠的基礎(chǔ)上全面打造數(shù)字化、智能化工廠。

3.4　系統(tǒng)實(shí)施

智能制造是典型的系統(tǒng)工程，具有周期長(zhǎng)、涉及面廣、復(fù)雜度高等特征，從數(shù)字化單點(diǎn)應(yīng)用到業(yè)務(wù)系統(tǒng)全價(jià)值鏈信息化貫通，需要進(jìn)行大量的集成開發(fā)和適應(yīng)性調(diào)整，若前期統(tǒng)籌規(guī)劃不足，則導(dǎo)致后期實(shí)效性差、投入成本劇增等。因此，項(xiàng)目以頂層設(shè)計(jì)為綱領(lǐng)，圍繞產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、采購(gòu)、制造、試驗(yàn)檢測(cè)等各環(huán)節(jié)系統(tǒng)性開展了業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流向梳理，縱向打通“ERP、MES、設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)線控制”的主線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與控制指令的下達(dá)，以及生產(chǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)的采集，橫向打通“數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化工藝、數(shù)字化制造、數(shù)字化試驗(yàn)”，將數(shù)字化模型貫穿于產(chǎn)品各生命周期階段。智能化工廠跨系統(tǒng)業(yè)務(wù)流圖如圖4所示。

圖4 智能化工廠跨系統(tǒng)業(yè)務(wù)流圖

3.5　集成應(yīng)用

通過(guò)建立主數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，打通研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)、主數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、三維工藝設(shè)計(jì)與仿真系統(tǒng)，虛擬監(jiān)控及生產(chǎn)仿真平臺(tái)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)及質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等8個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)之間的主數(shù)據(jù)集成，統(tǒng)一數(shù)據(jù)口徑，為多系統(tǒng)集成應(yīng)用奠定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

同時(shí)，通過(guò)對(duì)功能框架、功能特征及功能邊界的系統(tǒng)性梳理，明確智能化工廠各模塊間的數(shù)據(jù)集成、功能集成和業(yè)務(wù)集成要求，明確各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)流向，使各系統(tǒng)之間消除信息孤島，相互貫通。

智能化工廠信息流圖如圖5所示。

圖5 智能化工廠信息流圖

4　建設(shè)案例成效分析

通過(guò)輸配電領(lǐng)域智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目建設(shè)，全方位增強(qiáng)了輸配電裝備制造企業(yè)的研發(fā)能力、制造效率、質(zhì)量管控水平及接單按期交付等運(yùn)營(yíng)能力，以下是企業(yè)建成后各項(xiàng)綜合指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

（1）運(yùn)營(yíng)成本降低20%以上：主要實(shí)現(xiàn)途徑包括通過(guò)鈑金、開關(guān)柜總裝、斷路器分裝生產(chǎn)線的智能柔性升級(jí)、自動(dòng)化物流設(shè)施及裝備降低人力成本、通過(guò)高效率質(zhì)檢手段和質(zhì)量分析與改進(jìn)措施降低質(zhì)量損失、通過(guò)精益生產(chǎn)降低在制品庫(kù)存積壓以及通過(guò)智慧能源管理降低能耗成本等；

（2）產(chǎn)品研制周期縮短20%以上：主要實(shí)現(xiàn)途徑包括構(gòu)建協(xié)同研發(fā)平臺(tái)降低新品研發(fā)周期、通過(guò)數(shù)字化試驗(yàn)系統(tǒng)縮短產(chǎn)品型試驗(yàn)周期等；

（3）生產(chǎn)效率提高20%以上：主要實(shí)現(xiàn)途徑包括通過(guò)引入“智能柔性生產(chǎn)線+制造執(zhí)行系統(tǒng)”提升產(chǎn)能、通過(guò)對(duì)關(guān)鍵檢測(cè)工序的數(shù)字化改造來(lái)減少生產(chǎn)過(guò)程瓶頸、通過(guò)優(yōu)化排程和同步物流縮短生產(chǎn)節(jié)拍以及通過(guò)精益生產(chǎn)管理來(lái)提升生產(chǎn)效率等；

（4）產(chǎn)品不良品率降低10%以上：主要實(shí)現(xiàn)途徑包括通過(guò)智能物料識(shí)別和精準(zhǔn)物料配送來(lái)降低誤裝率、通過(guò)智能化檢測(cè)手段（如視覺(jué)檢測(cè)）來(lái)降低缺陷品漏檢率、通過(guò)嚴(yán)格的供應(yīng)商管理來(lái)提升原料供應(yīng)質(zhì)量以及通過(guò)大數(shù)據(jù)質(zhì)量分析與過(guò)程持續(xù)改進(jìn)來(lái)提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量等；

（5）能源利用率提高6%以上：主要實(shí)現(xiàn)途徑包括通過(guò)智慧能源管理來(lái)降低車間能耗、通過(guò)優(yōu)化排程與調(diào)度減少設(shè)備空閑運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致的能源浪費(fèi)等。

5　輸配電智能工廠建設(shè)要點(diǎn)

全方位構(gòu)建“產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)先、制造技術(shù)領(lǐng)先和試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)先”的輸配電裝備智能制造新模式，具體體現(xiàn)在以下方面：

（1）建立支持異地協(xié)同的數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)研發(fā)、設(shè)計(jì)、仿真與制造之間的協(xié)同。創(chuàng)新研發(fā)基地研發(fā)系統(tǒng)負(fù)責(zé)新產(chǎn)品的原始設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化，智能制造基地的設(shè)計(jì)系統(tǒng)負(fù)責(zé)在產(chǎn)品原始設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行變更設(shè)計(jì)、工程仿真和工藝設(shè)計(jì)，并為制造系統(tǒng)提供最終設(shè)計(jì)模型。數(shù)字化協(xié)同研發(fā)平臺(tái)業(yè)務(wù)框圖如圖6所示。

圖6 數(shù)字化協(xié)同研發(fā)平臺(tái)業(yè)務(wù)框圖

（2）建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，統(tǒng)一數(shù)據(jù)口徑；建立了主數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)主數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和集中分發(fā)；建立基于ESB企業(yè)服務(wù)總線的集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。基于ESB的系統(tǒng)集成應(yīng)用效果圖如圖7所示。

圖7 基于ESB的系統(tǒng)集成應(yīng)用效果圖

（3）建立與物理車間相一致的三維虛擬模型，通過(guò)集成底層設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的可視化監(jiān)控；通過(guò)建立仿真數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)劃、裝配過(guò)程及物流配送的仿真及優(yōu)化。虛擬工廠仿真效果圖如圖8所示。

圖8 虛擬工廠仿真效果圖

（4）通過(guò)面向精益管理的MES系統(tǒng)建設(shè)，建立從銷售、采購(gòu)、生產(chǎn)、到物流多業(yè)務(wù)協(xié)同的多級(jí)計(jì)劃協(xié)同體系；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)監(jiān)控和異常處理等全過(guò)程數(shù)字化管控；實(shí)現(xiàn)從來(lái)料檢、過(guò)程檢、到成品測(cè)試的全過(guò)程質(zhì)量采集與管理。基于APS的多級(jí)計(jì)劃協(xié)同體系效果圖如圖9所示。

圖9 基于APS的多級(jí)計(jì)劃協(xié)同體系效果圖

（5）通過(guò)分析某型號(hào)斷路器裝配和試驗(yàn)過(guò)程的質(zhì)量數(shù)據(jù)，建立質(zhì)量關(guān)聯(lián)關(guān)系模型，揭示質(zhì)量問(wèn)題的影響因素并為質(zhì)量追溯提供決策支持，提升企業(yè)的質(zhì)量管理水平。

質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)效果圖如圖10所示。

圖10 質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)效果圖

6　下一步建設(shè)思路及推廣目標(biāo)

建設(shè)智能工廠是輸配電制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方式，當(dāng)前電力裝備行業(yè)在智能制造方面已經(jīng)具備了良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，骨干企業(yè)具備了較為良好的技術(shù)基礎(chǔ)和條件，智能制造技術(shù)服務(wù)與支撐體系有了良好的前期布局和基礎(chǔ)。
為加快推進(jìn)行業(yè)智能制造并邁進(jìn)國(guó)際先進(jìn)水平行列。針對(duì)電力裝備行業(yè)智能工廠建設(shè)需求，圍繞智能制造標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵技術(shù)研究、開展智能化裝置研發(fā)、工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)及SCADA系統(tǒng)開發(fā)、大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)及技術(shù)應(yīng)用研究、人工智能技術(shù)研發(fā)，并通過(guò)整合上述智能制造核心裝備的研發(fā)成果，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，逐步在試點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行試探性應(yīng)用。

這些智能制造關(guān)鍵技術(shù)裝備的研發(fā)，不僅可以對(duì)前期智能制造項(xiàng)目實(shí)踐知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行固化，而且將極大地支持后續(xù)智能制造經(jīng)驗(yàn)的推廣和快速?gòu)?fù)制。

作者簡(jiǎn)介：

史亞斌（1982-），男，陜西永壽人，高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)任中國(guó)西電中央研究院智能制造工程設(shè)計(jì)所所長(zhǎng)，并兼任國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)化總體組單位成員、中國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)專家委員、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)人工智能委員會(huì)委員、中國(guó)智能制造百人會(huì)專家委員。主持完成多項(xiàng)國(guó)家智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)、國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)化和新模式等專項(xiàng)，主持制定多項(xiàng)行業(yè)智能制造應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，參與多個(gè)行業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和陜西省及西安市裝備制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃，具有豐富的企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能制造實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年1月刊